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摘要：数字化变电站继电保护的安全可靠运行对变电站的安全稳定运行具有重要意义，因而研究数字化变电站继电保护系统的可靠性是十分有必要的。本文阐述了数字化变电站继电保护系统架构、以及系统可靠性计算，并给出了提高数字化变电站继电保护系统可靠性的几点措施，旨在提供一定的参考与借鉴。
关键词：变电站；继电保护；可靠性
引言
数字化变电站以其可将信息的采集、处理和输出等过程完全数字化的优点，在电力系统中得到了广泛的应用，但在其为变电站技术带来变革的同时，也给继电保护提出了更高的要求。继电保护系统是数字化变电站的重要组成部分，保证其可靠性对提高数字化变电站的整体运行质量具有十分重要的意义。为此，必须加强对数字化变电站继电保护系统的可靠性研究，以保证变电站安全、高效的运行。为此，本文就数字化变电站继电保护系统的可靠性进行了分析与研究。
1.数字化变电站继电保护系统架构
数字化变电站继电保护系统主要由一体化监控系统以及层次化保护系统组合而成。一体化监控系统能够更好的实现对管理机的有效运用以及为其提供更好的数据保护，促使MMS监控与保护的独立，保证其界面的管理更加清晰，如图1所示。层次化保护系统主要有站域级控制与保护，地级广域级保护控制与地级继电保护装置。其中，低级继电保护主要由就地化线路、智能终端以及集成性智能终端等组成，就地化保护能够与电气实现直接有效的连接，其本身有着非常高的可靠性；地域级主要由站域保护和站域级保护管控共同组合而成，站域级管控的内部主要有保信子站、智能诊断、可视化分析以及二次状态监测等相关操作。保护管控并非是一个子系统，其内部还包含了非常多的物理设备，通过合理调节这些物理设备，可促使其可靠性得到更加显著的提升。
图1实际继电保护系统方案图
2.数字化继电保护系统可靠性计算
当以传输介质为节点之间的线段，以及其它元件作为节点，数字化继电保护系统可视为一个连接的网络系统，各种信息回路的可靠性可采用最小路集方法计算两终端网络的连通性。
2.1对时回路的可靠性计算
对于需要对时的合并单元、保护单元和智能终端等元件，只有对时回路被连接起来时这些部件才能正常工作，从而将时间回路的可靠性添加到设备本身的可靠性中，形成校正后元件的可靠性，即：
式中，R′MU、R′PR和RIT′分别表示修正后的合并单元、保护单元和智能终端的可靠度；LTS-MU，i、LTS-PR，i和LTS-IT，i分别表示同步时钟源到合并单元、保护单元和智能终端的第i条最小路径；n为最小路径的数量。对于星型结构的对时回路，L只包括1条从同步时钟源经传输介质到对时元件路径。以合并单元为例，此时的修正元件可靠度为：
R′MU=1－（1－RTSRTMRMU）=RTSRTMRMU（4）
式中，RTS、RTM和RMU分别表示同步时钟源、传输介质和合并单元的可靠度。对于网络对时，由于有交换机网络的加入，对时回路拓扑结构将变得复杂，最小路径数量n也相应增多，但其可靠性计算处理方法同式（1）~（3）。
2.2 SV回路和GOOSE回路的可靠性计算
SV回路和GOOSE回路的区别是待计算的二端网络起始节点与终端节点不同，具体计算表达式为：
RSV=1－
（1－P（LMI-PR，i））（5）
RGOOSE=1－
（1－P（LPR-BR，i））（6）
式中，RSV和RGOOSE分别表示SV和GOOSE回路的可靠性；LMI-PR，i和LPR-BR，i分别表示互感器到保护单元和保护单元到断路器的第i条最小路径。式（5）为一套保护对应一个互感器的情况，当一套保护对应n个互感器时，如果这些互感器不是冗余配置，则每条互感器的SV回路都应保持畅通，它们之间应为串联关系，即：
RSV=
RSVi（7）
式中，RSV（i=1，2，…，n）表示第i个互感器对应的SV回路的可靠性。如果是冗余配置，则只要一条SV回路保持畅通，保护就能正常工作，此时应为并联关系，即：
RSV=1－
（1-RSVi）（8）
同样，式（6）为一套保护对应一个断路器的情况，一般断路器很少会进行冗余配置，当一套保护控制n台断路器时，它们之间的GOOSE回路应为串联关系，即：
RGOOSE=ni=1仪RGOOSEi（9）
式中，RGOOSEi（i=1，2，…，n）表示第i个断路器对应的GOOSE回路的可靠性。需注意的是，上述路集计算中合并单元、保护单元和智能终端的可靠度要用式（1）~（3）对时回路修正后的可靠度所代替。
2.3系统整体可靠性计算
由于继电保护要求SV回路和GOOSE回路同时工作，因此对于继电保护系统的可靠性而言两者之间为串联关系，由式（8）、式（9）得：
RSYS=RSV·RGOOSE（10）
式中，RSYS为整个保护系统的可靠性。当保护单元冗余配置时，应分别计算每套保护对应的SV回路和GOOSE回路的可靠性，最终各套保护之间并联就是整个保护系统的可靠性，即：
RSYS=1－
（1－RSYSi）（11）
式中，RSYSi为第i套保护对应的系统可靠性。需再次强调的是，上述公式计算时，展开后需按照布尔代数的运算规则进行合并运算，将相乘的相同项合并为一项，才能得到最终的继电保护系统可靠性表达式，之后再代入相应的数值计算。
3.提高数字化变电站继电保护系统可靠性的措施
3.1增加系统冗余性
为了能更好的实现对数字化变电站继电保护可靠性的提升，对系统的冗余性进行提升非常重要。在进行实际操作时，应通过下列措施来实现：第一，以太网中的数据链路层技术能够实现对变电站自动化的有效支持，并通过多种模式来更好的实现其目标；第二，结合网络架构的具体需求来实施分析，网络架构通常是由三个不同的网络组合而成，其最主要的目的是为了能更好的实现对数字化继电保护系统可靠性的有效提升。
（1）环形结构。与总线结构相比，环形结构与之有着诸多相似的情况，环路上任何一个部位均能够实现不同冗余，其能够与以太网进行相互联合，从而更好的实现对交换机的管理，并能够形成树协议。这种操作还能够为机电系统在运时提供更多的物理中断的冗余，从而保证网络重构始终控制在要求的范围中，并且能够保障其收敛的时间更长，通常无法达到具体的操作任务，系统重构因此受到影响。
（2）总线结构。总线结构可对交换机的相关数据进行传送，进而实现对接线的有效控制，但因冗余度本身就相对较差，在实际使用期间必须经过长时间的操作才能得到有效实现。
（3）星型结构。星型结构最主要的特点就是所等待的时间相对较短，并能够对导频较高的场合进行更好的应用。但在没有任何冗余的情况下将其运用到交换机中，则会致使信息传送受到较大影响，其可靠性也相对较低。为此，在为变电站继电保护系统网络架构选择的过程中，必须对其具体情况进行合理的分析，同时对各自的情况进行更加详细的了解之后，才能够对网络架构进行合理的选择，从而实现对继电保护系统可靠性的提升。
3.2加强过程操作中的继电保护
在实施操作前，继电保护的可靠性还受到快速跳闸功能的直接影响，其能够对输电线路、变电站母线以及变压器等保护有效完善，从而促使运行过程中存在的风险得到有效控制，更好的实现对电力调度系统保护的强化。与此同时，还必须对系统保护设备以及保护装置进行简化处理。简单来说，在主保护定值出现波动相对较小的情况下，即使电力系统再次出现变化，继电保护也不会发生任何改变，这就必须对软硬件进行分开处理，使其独立保护得到更好的强化。就输电线路的具体情况来看，对其实施独立采样可通过运用不同开关电流来实现，及时了解系统电流综合运行情况。在继电保护实际运行期间，可对多端线路所掌握的母线保护以及数字化变电站进行更好的利用，使站内保护装置能够实现同步采样，同时还可对变电站作出及时的调整处理，促使数据可靠性得到进一步提升。
3.3完善环形结构在目前保护装置中的融入
综合各方面情况来看，环形结构本身有着较高的可靠性，将其融入母线保护装置中能够达到更强的应用意义。据分析结果显示，在传统的结构中，环形母线本身的可靠性非常低，将其运用到母线保护操作中，不仅能够实现对数字化变电站继电保护可靠性的提升，还能够促使内部相关指标性能得到显著提升，同时母线环形结构不会对电气元件造成较大影响。为此，在数字化变电站继电保护系统中可将环形结构融入其中，能更好的实现对其可靠性的提升。
3.4做好间隔层继电保护
为了能实现对间隔层继电保护质量的提升，需要灵活运用双重化系统，将其应用到变电站继电保护中，从而更好的实现对后备装置的集中配置管理。后备保护系统最大的特点就是在出现开关失灵时，能够实现对后备设备的有效保护，同时还能够对临近线路进行强化和对母线进行有效保护，再通过后备电流技术的合理运用，即可实现对电网运行故障和问题的有效诊断，促使跳闸问题得到更好的解决，以便采取更加及时有效的处理措施。除此之外，还能够对全站电压等级集中配置进行有效调整，促使电网运行功能得到更好的满足。
3.5异常处理
针对各种设备的异常情况，通常是通过对正常信息和异常信息进行区别分析的方式，来实现对故障的有效诊断，以便对异常设备进行修复处理。例如，当出现交流采样异常时，通过对数据错误、跳变进行判断，对插件芯片采集程序以及损坏等问题进行检查，同时检查数据处理单元的软件配置以及工作状况，从较为典型的故障特征上来实现对系统的测试和智能化分析，在网络设备发生异常时，即可更好的实现自动化的分析处理，实现对维修策略以及处理措施的有效落实，进而提升继电保护系统的可靠性。
4.结束语
综上，数字化变电站是新一代变电站的技术发展趋势，其中继电保护系统作为一个用来保护电路的系统，其可靠性是非常重要的。通过对数字化变电站继电保护系统的分析研究，研究出提高其可靠性的技术措施，如增加系统冗余性、加强过程操作中的继电保护、做好间隔层继电保护等等，可以有效提升了数字化变电站继电保护的可靠性，促进电网系统安全、稳定、可靠运行，进而可以为现代化建设提供安全稳定、持续健康的电力能源保障，充分满足社会发展需求。
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[3] 程妮.提高数字化变电站继电保护系统可靠性措施分析[J].电子世界，2016（8）：138-139.
论文作者:肖明华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/5/31
标签：可靠性论文; 变电站论文; 继电保护论文; 系统论文; 回路论文; 冗余论文; 结构论文; 《基层建设》2018年第9期论文;